在机械钢琴中，负荷的概念，是指用砝码测试时，在琴键下键深度的前段（擒纵触发之前），正好自然开始缓慢、基本匀速地下压以及抬起到顶的砝码力度。（已熟悉操作的请跳到分割线后）。

(资料图片)

其中，下压力度称为下键负荷，抬起力度称为回弹负荷（也称抬起、升起、回升负荷等）。

测试时，技师需要做这几件事：

1.踩下延音踏板，抬起制音器，或者干脆抽出击弦机再测试。

2.把砝码圆心放置在距离琴键边缘13mm处。

3.轻拍桌面产生震动，测下键时直接放一较轻砝码然后慢慢加重，直至正好开始缓慢下沉，测回弹时则先按下一段琴键，放置一较重砝码，再慢慢减重直至完全回弹。

因此，负荷可以看作一种琴键杠杆系统接近受力平衡状态的静态读数（而非动态）。

相应地，下键负荷对于手感的影响，主要是轻按琴键的时候。例如用100~200g的压力，弹奏弱音的时候，就可以明确感知下键负荷的大小。

假如A琴的下键负荷是50g，而B琴是60g，那么基本可以下结论，在演奏弱音时，B琴的手感要重一些。

注意，必须要有演奏弱音这个条件，因为演奏强音时，下键负荷的大小则不再对手感产生明显作用，而是要看角加速度，又称动阻尼，这个以后再说。

简单地总结，下键负荷可以体现琴键前段（约0~7mm），轻击琴键的轻重感。

回弹负荷也是琴键前段回弹时的力度，对手感也有一定的影响。

琴键后段（约7~10mm）的力度则不能通过负荷体现，目前也没有明确标准。

国家标准对于下键和回弹负荷的规定范围是：（单位N，为了方便讲解，后文转化为g）

可见，国标给出的范围是比较大的，在设计钢琴时，只要数值在此范围内，在我国都是合格品。

但是，笔者认为，弹奏弱音的时候，用较轻的力度才符合人的直觉，因此下键负荷不宜过大。不知道是不是这个原因，业界的标杆，施坦威钢琴（汉堡），下键负荷仅为48g。事实上，很多欧洲的大品牌三角，轻轻摸键盘时，都会觉得琴键很轻。

至于回弹负荷，在同一套系统中，回弹负荷参与决定了回弹的速度，但由于回弹一般是从琴键压倒底部以后开始的，而回弹负荷仅表现了前段的力，因此这个值的意义比较有限。

到这里可能有的读者要问了，既然下键负荷和回弹负荷在设计之初已经确定了，测试的意义何在？

因为琴键运动的过程中，还有摩擦力的存在，即：

下键负荷=重力负荷+摩擦力；

回弹负荷=重力负荷-摩擦力；

摩擦力=（下键负荷-回弹负荷）/2；

那么，通过后期测试下键负荷和回弹负荷，就可以检测摩擦力的变化，某些部位的摩擦力变大，会导致下键负荷变大，同时回弹负荷减小，这样就可以确定一些故障的原因，再做相应的维修。

机械钢琴的部分就说到这里。

接下来是电钢琴：

电钢琴出现较晚，目前还没有听说过行业统一的负荷测量方法。在一众电钢琴测评的资料中，有使用砝码的，也有使用压力计的，有的是琴键正好开始下沉的读数，有的是琴键正好压到一半左右的数，有的是压倒底正好不回弹的读数...等等，即使是同一套键盘，我们也可能听到五花八门的各种“负荷”，这对于判断轻击手感无疑是非常不利的。

那么有没有一种方法可以公平、完整地展示电钢琴的负荷呢？笔者的方法如下：

首先，保留一些机械钢琴上的测试方式：

1.测试点仍在距离琴键边缘13mm处。

2.测试数据仍是琴键极其缓慢运动时的读数（接近静力平衡）。

改进三点：

1.不再使用砝码，而是使用数显压力计。

2.不以敲击桌面、肉眼判断匀速运动，而用数控模块带动压力计匀速缓慢下压和抬起（速度约5毫米/分钟）。

3.不局限于下键前段的读数，而是测量完整键程的力度。

例如，笔者年初给卡西欧PX-S7000的SSH键盘做的测评中，曲线如下：

该图表中：

横轴是换算过的琴键前端边缘下键深度（测量点仍是距离前端13mm处），单位是mm。

纵轴是数显力度计的读数。单位是g。

红线是下压时的负荷，绿线是抬起时的负荷，紫线是根据公式求出的摩擦力。

可以看出，该键盘的负荷曲线大致有4个转折点：

A：位于4.3mm处，也就是说0-4.3之间的键程，力度非常平稳，下压力度55g左右，回弹负荷42g左右。这两个读数基本可以认为是传统测量方法的读数。

B：位于7.6mm处，下压读数79g，抬起读数61g，A-B期间读数处于稳定上升状态。

C：位于8.5mm处，下压读数80g，抬起读数62g，B-C期间读数比较平稳。

D：处于10.6mm处，下压读数94g，抬起读数75g，C-D期间读数稳步上升，D之后急剧上升。

而摩擦力基本处在6.5~8.9g之间，变化不大。以下是各阶段的解析：

0~4.3mm：键杆和重锤之间简单杠杆运动，由于杠杆比例、重力、摩擦力等均比较稳定，因此变化不大。

4.3~7.6mm：除了杠杆运动以外，重锤开始挤压导电橡胶，增加了橡胶的弹力，橡胶表现出了类似弹簧的胡克定律性质，力度增量基本与键深成正比。

7.6~8.5mm：导电橡胶被挤压到了一个崩溃点，弹力不再增加。

8.5~10.6mm：导电橡胶过了崩溃点后继续被挤压，进入下一个类似弹簧的阶段。

10.6~11.3mm：重锤打到限位缓冲垫，缓冲垫受到挤压，产生了相当大的弹力，琴键运动到达极限位置。

插播一句，平时用的键深测量块大概是150g，在曲线上对应的键深是11.1mm左右，因此这就是SSH键盘的键深。

可以看出，因为导电橡胶弹力的介入，这台键盘的不同阶段读数差别是很大的。与之类似的，三角钢琴在触后也有弹力的加入，这是后话。

因此，只有全程测读数，才能洞悉这些变化。

再接下来，让我们看一款更有意思的键盘，罗兰的PHA-50：

相比于SSH键盘，PHA50增加了一个模拟擒纵手感的装置，即机械钢琴下键时“咯噔”的一下。

在机械钢琴中，这个手感是顶杆和鼓轮麂皮的摩擦产生的，是一个不可避免的力，笔者试过的一些名琴上，感觉十分明显。同时，一条不可忽视的事实是，顶杆上都会涂一层黑色的润滑涂层，以期减少这种摩擦。因此，笔者认为，模拟这种手感的必要性尚值得研究。

但是无论如何，要还原钢琴的手感，有这个装置无疑会更像一些。

为了更直观地观察擒纵装置、导电橡胶对于负荷的影响，这次，我测量了多条曲线：

上图中，蓝及紫：原始状态的PHA-50的下键及回弹负荷。

红：去掉擒纵装置的PHA-50的下键负荷。

绿：同时去掉擒纵装置和导电橡胶的PHA-50的下键负荷。

浅蓝：原始状态下，按照摩擦力公式求得的值。

上图中，首先看原始状态下的下键和回弹负荷（蓝、紫）：

1.下键负荷，三个画圈的位置，在7.0mm时负荷为83g，7.6mm时急剧增加到190g，又在8.5mm时回落到90g，这个明显的变化就是擒纵装置的作用，在轻击的时候也可以明显感受到。

2.回弹负荷的相应阶段（红色矩形中），没有观察到剧烈变化，说明该装置对回弹影响甚小。如果阻碍了回弹，那么该阶段的回弹负荷会急剧减小再增大，进而产生一个相反的V形曲线。

上图再看红线：去掉擒纵装置后，前段与原始状态基本重合，7.0~8.5mm时平稳上升，有点像SHH键盘。

绿线是再去掉导电橡胶，只留下纯粹的杠杆运动，可以看出，整个线段的大部分都相当平稳。

摩擦力公式求得的浅蓝色线条在8.5g上下，7.0~8.5mm受到单向擒纵装置的影响，也变得急剧增加。

按照传统钢琴的测量方法，这个键的下键负荷约为69g，回弹负荷约52g，而键深约为10.5mm，相比于目前的测量方法，显然漏掉了非常多信息。

有关负荷暂时讲到这里，请注意，下键负荷的大小只决定了轻击的力度感受，在重击时，60g和70g的差异将难以感受，重击手感必须要看角加速度。同一台琴的下键负荷低，而角加速度小，则轻按感觉很轻，重击感觉很重。

因此，脱离了力度条件讨论手感轻重是无意义的。

至于角加速度的算法和测量方法，会在适合的时候发布，敬请期待。

标签：